5. Расчет цикла паротурбинной установки
Рисунок 5.1 - Принципиальная схема ПТУ
Паровой котел (парогенератор) – устройство, в котором происходит сжигание топлива, и теплота образующихся газообразных продуктов сгорания используются для преобразования поступающей в котел воды в перегретый пар. Полученный пар является рабочим телом и поступает в паровую турбину, где его потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию струи пара, попадающего на лопатки турбины и заставляющего вращаться рабочее колесо турбины и ротор ЭГ, вырабатывающий электроэнергию. Отработавший в турбине пар выходит в конденсатор, представляющий собой трубчатый теплообменник, внутренняя поверхность трубок которого охлаждается циркуляционной водой, за счет чего на наружной поверхности труб происходит конденсация отработавшего пара. Образовавшийся конденсат откачивается насосом, повышающим давление конденсата и подающим его обратно в парогенератор.
Изобразим описанный цикл в T,S-диаграмме водяного пара:
Рисунок 5.2 - Цикл ПТУ в T,S-координатах
5 – свежий пар перед турбиной
5-6 – адиабатное расширение пара в турбине
6 – отработавший пар на выходе из турбины
6-7 – изобарно-изотермический процесс конденсации отработавшего пара
7-8 – адиабатное повышение давление воды в насосе
8-9-10-5 – изобарный процесс получения рабочего тела в парогенераторе
5-6-7-8-9-10-5 – цикл ПТУ
Весьма существенное повышение экономичности ПТУ достигается путем применения в них регенеративного подогрева питательной воды за счет теплоты конденсации пара, расширяющегося в турбине. В нашей установке 2 регенеративных подогревателя.
Исходные данные для расчета схемы ПТУ:
- давление свежего пара p0=3,1 МПа
- температура свежего пара t0=425˚C
- давление отработавшего пара pk=4,0 кПа
- параметры нерегулируемых (регенеративных) отборов pотб1=0,42 МПа, pотб2=0,5 МПа
Для определения энтальпии свежего отработавшего пара, а также энтальпии пара в отборах воспользуемся h,s-диаграммой водяного пара, построив на ней процесс расширения пара в турбине.
Рисунок 5.3 – h,s-диаграмма водяного пара
Получаем следующие значения:
Воспользовавшись таблицами в справочнике [3], найдем необходимые нам значения энтальпий:
Для определения удельных расходов пара в регенеративные отборы α1 и α2 составим уравнения материального и теплового балансов для каждого регенеративного подогревателя, начиная с верхнего.
Считаем, что подогрев конденсата в регенеративных подогревателях осуществляется вплоть до температуры насыщения соответствующего потока пара в регенератор.
(1-
α1)+
α1=1
(уравнение материального баланса)
(1-
α1)·
+
α1·
=
(уравнение теплового баланса)
α1·(
-
)=
-
(1-
α1-
α2)+
α2
=1-
α1
(уравнение материального баланса)
(1-
α1-
α2)·
+
α2·
=(1-
α1)·
(уравнение теплового баланса)
α2·(
-
)=
(1- α1)·(
-
)
Расход свежего (острого) пара на турбину:
где D - расход пара при номинальной нагрузке (конденсационный режим); берем из таблицы характеристик выбранной турбины [2];
-
коэффициент недовыработки электроэнергии
паром регулируемого отбора;
-
величина производственного отбора.
Расход пара в регенеративные отборы определяется из формулы:
Следовательно:
